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基因芯片差异表达和聚类分析(20171030).pdf

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基因芯片差异表达和聚类分析 2017/10/30 概要 1. 什么是基因芯片 2. 基因芯片数据的低层次处理 3. 基因芯片数据的高层次分析 4. 常用的基因表达数据库 5. 用R和Bioconductor进行基因芯片数据分 析 中心法则提出(Crick,1958)  分子生物学的中心法则:细胞中的基因最主要是通过 从DNA转录到RNA (mRNA)、再翻译成蛋白质来发挥 作用的。  基因表达:把储存在DNA中的遗传信息经过转录和翻 译,转变为具有生物活性的蛋白质分子。  根据目前的认识,人类基因组中编码蛋白质产物的基 因的总数大约在20000~30000之间或者更多。  基因的表达具有时空性,基因在人体内不同组织的细 胞中、在细胞不同的发育阶段有着不同的表达量,即 所转录出的mRNA的丰度。  应用基因芯片可以直接检测mRNA的种类和丰度,是研 究基因表达的有力工具。 研究基因表达的实验方法  1. Northern-Blotting技术 仅适用于单 个或较少几个基因。  2. 基因芯片(又称DNA微阵列Microarray) 能够在一个几平方厘米的芯片上放 置对应于成千上万个基因的DNA探针,从而 同时测定这些基因在样品中的表达。 基因芯片的基本原理  基因芯片原理的基础是DNA的碱基 配对原理: 腺嘌呤(A ) 胸腺嘧啶(T ) 鸟嘌呤(G ) 胞嘧啶(C )  A和T 、G和C分别能形成紧密的配 对,这也是生物体内使得DNA能够 复制和转录的基本机制。  这种配对的形成过程称为杂交 (hybridization)。 利用杂交这一原理,基因芯片采用一段已知序列的核酸 作探针(probe)来检测与之配对的核酸序列的存在及其 丰度。 1. 固定大量的DNA探 针在一张面积很小的芯 片上; 2.使样品中的核苷酸片 断与相应的探针杂交; 3. 通过荧光成像获得 每个探针上杂交的分子 的浓度; 4. 再通过后期的处理 即可获得相应的基因表 达量。  根据探针制备和固定技术的不同,基因 芯片主要分为: (1) cDNA芯片(printed cDNA microarray) (2) 寡核苷酸芯片(oligonucleotide microarray ) cDNA芯片  cDNA是从mRNA通 过反转录过程得到的 DNA。  cDNA芯片以反转录 的cDNA片断作为探 针。 cDNA芯片  首先需要构建cDNA 文库(cDNA library) (即从实验材料中提取将要研究的基因的 mRNA,将它们反转录成cDNA,然后酶 切成不同片段并克隆到载体里)  然后从文库中选取特 定的cDNA片断,利
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